Question

7．铝粉与氧化铁的混合物叫做铝热剂，发生的反应称为铝热反应：2Al+Fe₂O₃→2Fe+Al₂O₃，可用于焊接铁轨．
完成下列计算：
（1）若铝热剂中铝粉和氧化铁恰好完全反应，则该铝热剂中铝的质量分数为0.252或25.2%．（精确到0.001）
（2）将8.1g铝粉与16g氧化铁混合后充分反应，最多可制得铁11.2g；将反应后的固体混合物加入足量的稀盐酸中，充分反应后最多可生成氢气0.35mol．
（3）23.52g某铝热剂在隔绝空气的条件下充分反应后，将固体溶解于200mL 5mol/L的盐酸中，完全溶解后溶液中c（H⁺）=0.2mol/L（溶液体积变化忽略不计），且无Fe³⁺．计算该铝热剂中铝粉与氧化铁的物质的量分别是多少？
（4）取某铝热剂反应后的固体，滴加4mol/L的NaOH溶液，当加至30mL时固体质量不再减小，且剩余固体质量为7.2g，并收集到672mL的氢气（标准状况）．计算原铝热剂中氧化铁的质量分数为多少？（精确到0.001）

Answer 1

分析 （1）由2Al+Fe₂O₃═2Fe+Al₂O₃，所以该铝热剂中铝的质量分数为$\frac{2×27}{2×27+160}×100%$=25.2%；
（2）8.1g铝粉的物质的量为：0.3mol，而16g氧化铁的物质的量为：0.1mol，由2Al+Fe₂O₃═2Fe+Al₂O₃反应方程式可知，铝过量，根据铁守恒可知，铁的物质的量为：0.1×2mol=0.2mol，结合m=nM计算；将反应后的固体混合物加入足量的稀盐酸中，反应过程中过量的铝为：0.3-0.2=0.1mol，根据得失电子守恒得：氢气的物质的量为：$\frac{0.1×3+0.2×2}{2}$=0.35mol；
（3）铝热剂中铝的物质为xmol，氧化铁的物质的量为ymol，由质量和氯守恒得$\left\{\begin{array}{l}{27x+160y=23.52g}\\{3x+4y=（5-0.2）×0.2mol}\end{array}\right.$，解之得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.16mol}\\{y=0.12mol}\end{array}\right.$；
（4）铝和氢氧化钠溶液反应生成n（H₂）=$\frac{672mL×1{0}^{-3}L/mL}{22.4L/mol}$=0.15mol，4mol/L的NaOH溶液，当加至30mL氢氧化钠的物质的量为：0.12mol，根据2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑的关系式知，所以铝的物质的量为：0.1mol，氢氧化钠过量，所以铝热剂的总质量为：0.1mol×27g/mol+7.2g=9.9g，计算原铝热剂中氧化铁的质量分数为$\frac{7.2}{9.9}×100%$=74.8%．

解答 解：（1）由2Al+Fe₂O₃═2Fe+Al₂O₃，所以该铝热剂中铝的质量分数为$\frac{2×27}{2×27+160}×100%$=25.2%，故答案为：0.252或25.2%；
（2）8.1g铝粉的物质的量为：0.3mol，而16g氧化铁的物质的量为：0.1mol，由2Al+Fe₂O₃═2Fe+Al₂O₃反应方程式可知，铝过量，根据铁守恒可知，铁的物质的量为：0.1×2mol=0.2mol，结合m=nM=0.2×56=11.2g；将反应后的固体混合物加入足量的稀盐酸中，反应过程中过量的铝为：0.3-0.2=0.1mol，根据得失电子守恒得：氢气的物质的量为：$\frac{0.1×3+0.2×2}{2}$=0.35mol，故答案为：11.2；0.35；
（3）铝热剂中铝的物质为xmol，氧化铁的物质的量为ymol，由$\left\{\begin{array}{l}{27x+160y=23.52g}\\{3x+4y=（5-0.2）×0.2mol}\end{array}\right.$，解之得$\left\{\begin{array}{l}{x=0.16mol}\\{y=0.12mol}\end{array}\right.$，答：铝热剂中铝粉与氧化铁的物质的量分别是Al 0.16mol和Fe₂O₃ 0.12mol；
（4）铝和氢氧化钠溶液反应生成n（H₂）=$\frac{672mL×1{0}^{-3}L/mL}{22.4L/mol}$=0.3mol，4mol/L的NaOH溶液，当加至30mL氢氧化钠的物质的量为：0.12mol，根据2Al+2NaOH+2H₂O=2NaAlO₂+3H₂↑的关系式知，所以铝的物质的量为：0.1mol，氢氧化钠过量，所以铝热剂的总质量为：0.1mol×27g/mol+7.2g=9.9g，计算原铝热剂中氧化铁的质量分数为$\frac{7.2}{9.9}×100%$=74.8%，答：铝热剂中氧化铁的质量分数为0.748或74.8%．

点评 本题考查了根据方程式进行计算，（1）中要进行过量计算，然后根据氢气的体积计算铝的质量，注意铝热剂中铝的质量为①中铝质量的2倍，为易错点；（2）中要根据电荷守恒、原子守恒、转移电子守恒进行解答，注意守恒思想的正确运用，难度中等．